DE102004012819B4 - Power semiconductor component with increased robustness - Google Patents
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Abstract
Leistungshalbleiterbauelement
mit erhöhter
Robustheit, umfassend:
– einen
Halbleiterkörper
(1) mit einer ersten Hauptoberfläche
(7) auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers (1) und einer zweiten,
entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche (7) gelegenen Hauptoberfläche (11)
auf einer Rückseite des
Halbleiterkörpers
(1),
– einer
auf der ersten Hauptoberfläche
(7) angeordneten ersten Metallisierung (10), und
– einer
auf der zweiten Hauptoberfläche
(11) angeordneten zweiten Metallisierung (12),
– wobei
der Halbleiterkörper
(1) mit der ersten Metallisierung (10) an der ersten Hauptoberfläche (7)
und mit der zweiten Metallisierung (12) an der zweiten Hauptoberfläche (11)
elektrisch Kontaktiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
– beide
Metallisierungen (10, 12) als direkt auf der entsprechenden Hauptoberfläche (7,
11) des Halbleiterkörpers
(1) aufgebrachte Schicht eine Kontaktschicht (14) aufweisen, die
aus Aluminium besteht und eine Schichtdicke zwischen 1 und 5 nm
hat.Power semiconductor device with increased robustness, comprising:
A semiconductor body having a first main surface on a front side of the semiconductor body and a second main surface opposite to the first main surface on a rear side of the semiconductor body;
- One on the first main surface (7) arranged first metallization (10), and
A second metallization (12) arranged on the second main surface (11),
- wherein the semiconductor body (1) is electrically contacted with the first metallization (10) on the first main surface (7) and with the second metallization (12) on the second main surface (11),
characterized in that
- Both metallizations (10, 12) as directly on the corresponding main surface (7, 11) of the semiconductor body (1) applied layer having a contact layer (14), which consists of aluminum and has a layer thickness between 1 and 5 nm.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit erhöhter Robustheit, umfassend einen Halbleiterkörper mit einer ersten Hauptoberfläche auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers und einer zweiten, entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche gelegenen Hauptoberfläche auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers, einer auf der ersten Hauptoberfläche angeordneten ersten Metallisierung und einer auf der zweiten Hauptoberfläche angeordneten zweiten Metallisierung.The The present invention relates to a power semiconductor device with elevated Robustness comprising a semiconductor body having a first major surface a front side of the semiconductor body and a second, opposite to the first main surface located main surface on a back the semiconductor body, one on the first main surface arranged first metallization and arranged on the second main surface second metallization.
Es ist schon seit langem das Bestreben, die elektrische und thermische Belastbarkeit von Leistungshalbleiterbauelementen, wie insbesondere vertikalen Leistungshalbleiterbauelementen, zu steigern. Dies gilt vorzugsweise bei dynamischen Belastungen, wie diese beispielsweise bei Abschaltvorgängen, Auswirkungen von Höhenstrahlung, Kurzschlüssen, Einschaltvorgängen oder Stoßströmen auftreten. Bei solchen dynamischen Belastungen können nämlich in Leistungshalbleiterbauelementen sehr hohe Stromdichten auftreten. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich so genannte Stromfilamente ausbilden, die sich bei vertikalen Leistungshalbleiterbauelementen in lateraler Richtung der Bauelemente verlagern können und an hinsichtlich Dotierung oder Lebensdauer der Ladungsträger inhomogenen Stellen im Halbleiterkörper des Leistungshalbleiterbauelementes, also an bestimmten Stellen des Leistungshalbleiterbauelementes verweilen können.It has long been the endeavor, the electrical and thermal Resilience of power semiconductor devices, in particular vertical power semiconductor devices to increase. this applies preferably under dynamic loads, such as these, for example during shutdowns, Effects of cosmic radiation, Shorts starting operations or surge currents occur. Namely, in such dynamic loads can be very in power semiconductor devices high current densities occur. This is especially true when form so-called current filaments, which in vertical power semiconductor devices can shift in the lateral direction of the components and with respect to doping or lifetime of the carrier inhomogeneous Positions in the semiconductor body of the power semiconductor component, that is at certain points can dwell the power semiconductor device.
Derartige Phänomene, die insbesondere durch Stromfilamente hervorgerufen sind, können zu einer starken lokalen Aufheizung des Leistungshalbleiterbauelementes führen und dieses sogar bis zu seiner vollständigen Zerstörung schädigen. Weniger kritische Schädigungen, die aber auch äußerst unerwünscht sind, sind in einem permanenten Anstieg von Leckströmen zu sehen.such phenomena, which are caused in particular by Stromfilamente, can to a lead strong local heating of the power semiconductor device and damage this even to its complete destruction. Less critical damage, which are also extremely undesirable, are seen in a permanent increase in leakage currents.
Um
die Belastbarkeit von Leistungshalbleiterbauelementen zu steigern,
wurden bereits zahlreiche verschiedene Maßnahmen ins Auge gefasst: Optimierung
des Randabschlusses, Minimierung der bei Belastung im Innenbereich
bzw. Zellenfeld des Leistungshalbleiterbauelementes auftretenden
elektrischen Feldstärken
durch geeignete Dotierungsprofile, Verbesserung der Wärmeableitung
oder Einführung
des so genannten HDR-Prinzips
(HDR = High Dynamic Robustness; vgl.
Aus
der
Weiterhin
ist aus der
Schließlich beschreibt
die
Die
Einführung
der oben genannten Maßnahmen
hat dazu geführt,
dass entsprechend gestaltete Leistungshalbleiterbauelemente wesentlich
stärker
dynamisch belastbar sind als Leistungshalbleiterbauelemente, bei
denen diese Maßnahmen
nicht angewandt sind. Trotz dieser Maßnahmen können aber bei den eingangs
erwähnten
dynamischen Vorgängen
in den Leistungshalbleiterbauelementen noch extreme Leistungsdichten
auftreten. Diese können sogar
so hoch werden, dass die eutektische Temperatur von Aluminium und
Silizium bei einem aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper zumindest
kurzzeitig erheblich überschritten
wird. Dieser Effekt ist für
die erste Hauptoberfläche
oder Vorderseite des Leistungshalbleiterbauelementes weniger kritisch,
da wegen der relativ geringen Zeitdauer der Überschreitung der eutektischen
Temperatur dort kaum Schaden verursacht wird. Er ist aber für die zweite
Hauptoberfläche
bzw. Rückseite
des Leistungshalbleiterbauelementes von großer Bedeutung. Auf dieser Rückseite
liegt nämlich
gewöhnlich
eine bessere Wärmeableitung
vor, da das Leistungshalbleiterbauelement mit seiner Rückseite
auf einen Träger
aufgebracht ist. Auch wird die höchste
Leistung im Leistungshalbleiterbauelement im Bereich eines nahe der
Vorderseite gelegenen pn-Überganges
dissipiert. Daher ist die Rückseite
in der Regel kühler
als die Vorderseite. Dies hat Konsequenzen für die so genannte Thermomigration:
Versuche
haben nämlich
gezeigt, dass in einem Halbleiterkörper die Thermomigration von
der kühleren
Seite ausgeht und sich zur wärmeren
Seite von diesem ausbreitet. Mit anderen Worten, die Thermomigration
entsteht im Bereich der Rückseite,
sobald dort die Temperatur die eutektische Temperatur von Aluminium
und Silizium überschreitet.The introduction of the abovementioned measures has resulted in correspondingly designed power semiconductor components being capable of considerably greater dynamic load than power semiconductor components in which these measures are not applied. Despite these measures, however, extreme power densities can still occur in the case of the above-mentioned dynamic processes in the power semiconductor components. These can even become so high that the eutectic temperature of aluminum and silicon is at least temporarily considerably exceeded in the case of a semiconductor body made of silicon. This effect is less critical for the first main surface or front side of the power semiconductor device, since there is little damage caused there because of the relatively short duration of exceeding the eutectic temperature. However, it is of great importance for the second main surface or rear side of the power semiconductor component. In fact, better heat dissipation is usually present on this back side, since the power semiconductor component is applied with its rear side to a carrier. Also, the highest power in the power semiconductor device is dissipated in the region of a near-front pn junction. Therefore, the backside is usually cooler than that Front. This has consequences for the so-called thermomigration:
Experiments have shown that in a semiconductor body thermomigration emanates from the cooler side and spreads to the warmer side of this. In other words, thermomigration occurs around the backside as soon as the temperature exceeds the eutectic temperature of aluminum and silicon.
Besteht der Halbleiterkörper anstelle von Silizium aus beispielsweise Siliziumcarbid, so ist hierfür selbstverständlich die eutektische Temperatur von einem hochschmelzenden Kontaktmetall und Siliziumcarbid anzunehmen. Gleiches gilt auch für andere Halbleitermaterialien, wie beispielsweise AIIIBV-Verbindungshalbleiter.If, for example, the silicon carbide consists of silicon carbide instead of silicon, the eutectic temperature of a high-melting point contact metal and silicon carbide must naturally be assumed. The same applies to other semiconductor materials, such as A III B V compound semiconductors.
Die Thermomigration bewirkt, dass, wenn die zweite Metallisierung auf der zweiten Hauptoberfläche aus beispielsweise Aluminium besteht, dieses Aluminium relativ rasch in den Halbleiterkörper eindiffundieren kann. Diese Diffusion läuft um so schneller ab, je steiler der Temperaturgradient in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ist.The Thermomigration causes when the second metallization on the second main surface made of, for example, aluminum, this aluminum is relatively fast in the semiconductor body can diffuse. This diffusion is the faster, depending steeper is the temperature gradient in the vertical direction of the semiconductor body.
Speziell bei Filamenten, die durch Höhenstrahlung, Kurzschluss oder extreme Schaltvorgänge bedingt sind, können sehr steile Temperaturgradienten auftreten, so dass das Aluminium relativ tief in den Halbleiterkörper eindringen bzw. migrieren kann. Bei dieser Migration bildet sich am Ende des jeweiligen Migrationskanals in der Tiefe des Halbleiterkörpers, also beispielsweise in der Tiefe der Siliziumscheibe, ein eutektisches Gemisch. Dieses eutektische Gemisch kann die Eigenschaften des Leistungshalbleiterbauelementes erheblich beeinflussen, indem speziell deutlich erhöhte Leckströme auftreten. Hierdurch und auch durch die p-Dotierung, die durch die Migration der Aluminiumatome entlang des Migrationsweges erzeugt wurde, wird die Effizienz des rückseitigen Emitters erheblich verändert, und im ungünstigsten Fall kann das Leistungshalbleiterbauelement schließlich vollständig ausfallen bzw. zerstört werden.specially in filaments caused by cosmic radiation, Short circuit or extreme switching operations are conditional, can be very steep temperature gradients occur, making the aluminum relatively deep into the semiconductor body can penetrate or migrate. In this migration forms at the end of the respective migration channel in the depth of the semiconductor body, ie For example, in the depth of the silicon wafer, a eutectic Mixture. This eutectic mixture may have the properties of the power semiconductor device significantly affect by specifically significantly increased leakage currents occur. This and also by the p-doping caused by the migration the aluminum atoms along the migration path was generated is the efficiency of the back Emitters changed significantly, and in the worst case Eventually, the power semiconductor device may eventually fail completely or destroyed become.
Als
Abhilfemaßnahmen
gegen die Auswirkungen der Thermomigration könnte folgendes ins Auge gefasst
werden:
Der rückseitige
Emitter, also bei einem IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate)
in der Regel der p-leitende Emitter und bei einer Diode im Allgemeinen
der n-leitende Emit ter, ist möglichst
hoch zu dotieren und tief in den Halbleiterkörper bzw. die Halbleiterscheibe einzudiffundieren.
Es hat sich gezeigt, dass gerade die Festigkeit gegenüber Höhenstrahlung
von Dioden, die eine extrem große
Eindringtiefe des n-leitenden Emitters mit über 100 μm haben, groß ist. Ganz allgemein kann
so eine höhere
Abschaltrobustheit mittels eines stärkeren Rückseiten-Emitters erreicht werden.
Dank dieser höheren
Abschaltrobustheit treten unerwünschte
stabile Erhöhungen
des Leckstroms erst bei höheren
Abschaltleistungen auf. Eine Leckstromerhöhung oder Zerstörungen treten
erst bei höheren
Sperrspannungen auf, das heißt,
sie liegen dann vor, wenn die Raumladungszone, die sich beim Anlegen
der Sperrspannung an die beiden Metallisierungen aufspannt, in den
rückseitigen
Bereich des Leistungshalbleiterbauelementes vordringt. Bei IGBTs
wirkt sich eine Verstärkung
des p-leitenden Emitters
positiv auf das Kurzschlussverhalten aus, was auch für eine Verringerung
des Temperaturgradienten im Halbleiterkörper über eine flachere Feldverteilung,
wie beispielsweise bei einem PT-IGBT (PT = Punch Through), gilt.As remedial measures against the effects of thermomigration, the following could be envisaged:
The back emitter, ie in an IGBT (bipolar transistor with insulated gate) usually the p-type emitter and a diode in general, the n-type Emit ter, as high as possible to dope and deep into the semiconductor body or the semiconductor wafer diffuse , It has been shown that it is precisely the resistance to cosmic radiation of diodes, which have an extremely large penetration depth of the n-type emitter of more than 100 μm, that is great. In general, such a higher shutdown robustness can be achieved by means of a stronger backside emitter. Thanks to this higher shutdown robustness, unwanted stable increases in the leakage current only occur at higher turn-off power levels. A leakage current increase or destruction only occur at higher blocking voltages, that is, they occur when the space charge zone, which spans when the reverse voltage is applied to the two metallizations, penetrates into the rear region of the power semiconductor component. In the case of IGBTs, an amplification of the p-type emitter has a positive effect on the short-circuit behavior, which also applies to a reduction of the temperature gradient in the semiconductor body via a flatter field distribution, as for example in a PT-IGBT (Punch Through).
Nachteilhaft an allen obigen Abhilfemaßnahmen ist aber, dass bei diesen der Emitter wesentlich stärker ausgebildet wird als dies im Allgemeinen gewünscht ist. Um die Abschaltverluste infolge dieser stärkeren Ausbildung der Emitter nicht zu hoch werden zu lassen, muss daher für eine Reduzierung dieser Abschaltverluste gesorgt werden. Dies ist durch eine gezielte, im Allgemeinen vertikal inhomogene Einstellung der Lebensdauer der Ladungsträger beispielsweise mittels Protonenbestrahlung oder Heliumbestrahlung möglich.disadvantageous on all the above remedies but is that in these the emitter trained much stronger is as desired in general is. To the turn-off due to this stronger training of the emitter not to be too high, therefore, must be for a reduction of these shutdown losses be taken care of. This is through a targeted, generally vertical inhomogeneous adjustment of the lifetime of the charge carriers, for example possible by proton irradiation or helium irradiation.
Schließlich könnte als eine weitere Abhilfemaßnahmen gegen Thermomigration daran gedacht werden, den Temperaturgradienten im Halbleiterkörper so abzuflachen, dass die Migrationsgeschwindigkeit von Aluminium verringert wird. Hierzu könnte durch Verwendung von hochreinem Silizium, das weniger Isotope enthält, für eine Anhebung der Wärmeleitfähigkeit im Silizium gesorgt werden. Der Einsatz eines solchen hochreinen Materi als ist aber sehr aufwändig, und die damit erreichbare Verbesserung kann nur als marginal angesehen werden.Finally, as another remedial action to be thought against thermomigration, the temperature gradient in the semiconductor body to flatten so that the migration speed of aluminum is reduced. This could be through Use of high purity silicon that contains less isotopes for boosting the thermal conductivity be taken care of in the silicon. The use of such a high purity Materi as is very complex, and the achievable improvement can only be considered marginal become.
Ein umgekehrter Weg besteht darin, den Temperaturgradienten im Halbleiterkörper bewusst anzuheben, damit die Rückseitentemperatur unterhalb von der eutektischen Temperatur bleibt. Auch dieser Weg ist als wenig erfolgreich anzusehen, da bei ihm das Temperaturniveau insgesamt angehoben wird und sich beispielsweise durch eine Erhöhung des Leckstroms weiter aufschaukelt.One the reverse way is to consciously raise the temperature gradient in the semiconductor body, so that the backside temperature stays below the eutectic temperature. Also this way is to be regarded as unsuccessful, because with him the temperature level is raised overall and, for example, by an increase in the Leakage continues to rise.
Aus
der
Aus
der
Die
Aus
der US 2003/002174 A1 ist es bekannt für eine Metallisierung auf Front-
und Rückseite
eines Bauelements aus GaAs dünne
Haftschichten aus Titan in einer Dicke von 100nm und weniger als
50nm herzustellen. Auch die
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungshalbleiterbauelement anzugeben, bei dem lokale Stromüberhöhungen infolge Aluminiums, das durch elektrische Belastung des Bauelements unerwünscht tief in den Halbleiterkörper eingedrungen ist, und zwar beispielsweise durch Thermomigration, weitgehend unterbunden sind, so dass die elektrische Belastbarkeit dieses Leistungshalbleiterbauelementes erhöht ist.It is therefore an object of the present invention, a power semiconductor device indicate that local overcurrents due to Aluminum, which is undesirably deep due to electrical loading of the device in the semiconductor body penetrated, for example by thermomigration, are largely suppressed, so the electrical capacity this power semiconductor component is increased.
Diese
Aufgabe wird durch ein Leistungshalbleiterbauelement mit den Merkmalen
der Ansprüche 1,
2 und 6 gelöst.
Die Merkmale des Oberbegriffs dieser Ansprüche sind aus der
Die Aufgabe wird bei einem Leistungshalbleiterbauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beide Metallisierungen als direkt auf der entsprechenden Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers aufgebrachte Schicht eine Kontaktschicht aufweist, die aus Aluminium mit einer Schichtdicke zwischen 1,0 und 5 nm besteht. Sind in die Kontaktschicht jedoch noch Atome des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers, bei einem aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper also Siliziumatome, eingebaut, so kann die Schichtdicke der Kontaktschicht zwischen 1,0 bis 10 nm betragen.The Task is in a power semiconductor device of the beginning mentioned type according to the invention thereby solved, that both metallizations than directly on the corresponding main surface of the Semiconductor body applied layer has a contact layer made of aluminum with a layer thickness between 1.0 and 5 nm. Are in the Contact layer, however, still atoms of the semiconductor material of the semiconductor body, at a silicon body consisting of silicon atoms, ie, silicon atoms, incorporated, Thus, the layer thickness of the contact layer between 1.0 to 10 nm amount.
Die obige Aufgabe wird bei einem Leistungshalbleiterbauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass mindestens die auf der zweiten Hauptoberfläche, also der Rückseite des Halbleiterkörpers vorgesehene Metallisierung als direkt auf dieser zweiten Hauptoberfläche aufgebrachte Schicht eine Kontaktschicht aufweist, die aus einem schwer schmelzenden Metall besteht. Die Schichtdicke dieser Kontaktschicht kann Werte zwischen 1,0 und 100 nm annehmen.The The above object is in a power semiconductor device of the above mentioned type according to the invention also solved in that at least those on the second main surface, so the back of the semiconductor body envisaged metallization as applied directly on this second major surface Layer has a contact layer, which consists of a hard-melting Metal exists. The layer thickness of this contact layer can be values between 1.0 and 100 nm.
Auf der dünnen Aluminiumschicht ist – ebenso wie auf der Schicht aus schwer schmelzendem Metall oder Metallsilizid – ein übliches Mehrschichtmetallisierungssystem aufgebracht, um so die jeweilige Metallisierung zu vervollständigen. Dieses Mehrschichtmetallisierungssystem kann aus beispielsweise Titannitrid, Nickel, Silber usw. bestehen. Dieses Auftragen erfolgt wie auch eine anschließende Temperung in üblicher Weise.On the thin one Aluminum layer is - as well as on the layer of refractory metal or metal silicide - a common one Multilayer metallization system applied to the respective Complete metallization. This multi-layer metallization system can be made, for example Titanium nitride, nickel, silver, etc. exist. This application takes place as well as a subsequent one Tempering in usual Wise.
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelement wird also als direkte Kontaktschicht einer Metallisierung auf die Rückseite und Vorderseite des Halbleiterkörpers eine dünne Aluminiumschicht oder anstelle dieser Aluminiumschicht als direkte Kontaktschicht eine Schicht aus schwer schmelzendem Metall oder Metallsilizid aufgebracht. Solche schwer schmelzenden Metalle sind beispielsweise Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom oder Kobalt oder Silizide dieser Metalle oder Titannitrid oder Tantalnitrid. Gegebenenfalls können dabei noch Diffusionsbarrieren eingebaut sein.at the power semiconductor component according to the invention So is as a direct contact layer of a metallization on the back and front side of the semiconductor body a thin one Aluminum layer or instead of this aluminum layer as direct Contact layer is a layer of refractory metal or Applied metal silicide. Such heavy melting metals are For example, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium or cobalt or silicides these metals or titanium nitride or tantalum nitride. Possibly can while still be installed diffusion barriers.
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelement kommt also die Oberfläche des Halbleiterkörpers auf der Vorderseite und/oder Rückseite nicht in direkte Kontakt mit einer hauptsächlich aus Aluminium bestehenden nachfolgend aufgebrachten Metallisierung.at the power semiconductor component according to the invention So comes the surface of the semiconductor body on the front and / or back not in direct contact with a mainly aluminum existing subsequently applied metallization.
Die Dicke der dünnen Aluminiumschicht sollte so gering sein, dass sich kein ausreichend großer Al/Si-Tropfen, der in die Tiefe des Halbleiterkörpers eindringen kann, bildet. Geeignete Schichtdicken liegen zwischen 1 und 5 nm. Bei Schichtdicken unterhalb von 2 nm sollte eine Kühlung des Halbleiterkörpers während der Abscheidung dieser Schicht vorgesehen werden, um die Oberflächenbeweglichkeit der Aluminiumatome auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers zu verringern, so dass eine kritische mittlere Massenbelegung, oberhalb derer die dünne Aluminiumschicht von einer Körnerstruktur in eine zusammenhängende Schicht übergeht, reduziert wird.The thickness of the thin aluminum layer should be so small that no sufficiently large Al / Si drop, which can penetrate into the depth of the semiconductor body, forms. Suitable layer thicknesses are between 1 and 5 nm. At layer thicknesses below 2 nm, cooling of the semiconductor body during the deposition of this layer should be provided to increase the surface mobility of the semiconductor body To reduce aluminum atoms on the surface of the semiconductor body, so that a critical average mass occupancy, above which the thin aluminum layer from a grain structure merges into a continuous layer, is reduced.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass die auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgeschiedene dünne Aluminiumschicht strukturiert wird, bevor das Mehrschichtmetallisierungssystem mit Diffusionsbarrieren aufgetragen wird. Dadurch können Migrationseffekte weiter minimiert werden, denn die Strukturierung der Aluminiumschicht begrenzt die Menge des für eine Migration zur Verfügung stehenden Aluminiums: es wird ein seitliches Nachfließen von Aluminium verhindert und somit die Gesamtmenge des für den Migrationsprozess zur Verfügung stehenden Aluminiums begrenzt. Die laterale Ausdehnung und der optimale Abstand der nach der Strukturierung verbleibenden Aluminium-Inseln hängen vor allem von der Dicke der Aluminiumschicht ab.A advantageous development of the invention is that the on the surface of the semiconductor body isolated thin Aluminum layer is patterned before the multi-layer metallization is applied with diffusion barriers. This can cause migration effects be further minimized, because the structuring of the aluminum layer limits the amount of for a migration is available standing aluminum: there will be a lateral flow of Aluminum prevents and thus the total amount of the for the migration process to disposal limited aluminum. The lateral extent and the optimal distance of the After structuring, remaining aluminum islands are present all from the thickness of the aluminum layer.
In die dünne Aluminiumschicht kann auch noch Silizium eingebaut werden, um das Eindringen des Aluminiums in den aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper zu behindern. Diese Maßnahme erlaubt es, die Dicke der auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgeschiedenen Aluminiumschicht zu erhöhen und zwar auf beispielsweise 1,0 bis 10 nm. Die Zusätze an Silizium in einer Aluminiumschicht bei einem aus Silizium bestehenden Halbleiterkörper sollten etwa im Bereich zwischen 1 Gew.-% und 4 Gew.-% des Aluminiums liegen.In the thin one Aluminum layer can also be incorporated to the silicon Penetration of the aluminum in the existing semiconductor body of silicon hinder. This measure allows the thickness of the deposited on the surface of the semiconductor body To increase aluminum layer namely, for example, 1.0 to 10 nm. The additions of silicon in an aluminum layer in a semiconductor body made of silicon should approximately in the range between 1 wt .-% and 4 wt .-% of aluminum.
Das erfindungsgemäße Leistungshalbleiterbauelement ist vorzugsweise eine Diode oder ein IGBT. Es kann sich dabei aber auch um einen MOS-Transistor oder einen Thyristor handeln. Speziell bei einem Thyristor mit einer "Amplifying-Gate"-Struktur ist die Anwendung der Erfindung besonders vorteilhaft, da hier die inneren "Amplifying Gates" beim Einschalten mit einem hohen Stromgradienten di/dt (i = Stromstärke, t = Zeit) mit sehr hohen Stromdichten belastet werden und im Gegensatz zur Kathodenfläche nicht über einen Druckkontakt kathodenseitig gekühlt sind. Es ist dann gegebenenfalls ausreichend, die bei der Erfindung angegebenen Maßnahmen nur in einem Innenbereich, also im Bereich der "Amplifying-Gate"-Struktur anzuwenden, da hier beim Einschalten die höchsten Temperaturen auftreten.The Power semiconductor device according to the invention is preferably a diode or an IGBT. It can work out though also act to a MOS transistor or a thyristor. specially in a thyristor having an "amplifying gate" structure is the application of the invention particularly advantageous, since here the inner "amplifying gates" when switching with a high current gradient di / dt (i = current, t = time) are loaded with very high current densities and in contrast to the cathode surface no over a pressure contact are cooled on the cathode side. It is then possibly sufficient, the measures specified in the invention only in an interior area, ie in the area of the "amplifying gate" structure to use, since the highest temperatures occur here when switching.
Ganz generell kann auch bei anderen Leistungshalbleiterbauelementen es ausreichend sein, wenn die erfindungsgemäßen Maßnahmen nur in den Bereichen zur Anwendung gelangen, in denen im Betrieb des Leistungshalbleiterbauelementes besonders hohe Temperaturen auftreten, wie beispielsweise bei Dioden, bei denen das HDR-Prinzip nicht vorgesehen ist, im Randbereich, wo beim Abschaltvorgang die höchste dynamische Belastung auftritt.All In general, it can also with other power semiconductor devices be sufficient if the inventive measures only in the areas come to the application, in which in the operation of the power semiconductor device particularly high temperatures occur, such as with diodes, in which the HDR principle is not provided, in the edge area, where at the shutdown the highest dynamic load occurs.
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelement wird so insbesondere auf die bisher übliche Rückseitenmetallisierung aus dickem Aluminium verzichtet, um das Eindringen von Aluminium in den Halbleiterkörper und zwar insbesondere den Effekt der Thermomigration zu vermeiden; besonders empfiehlt sich die Anwendung dieser Maßnahme, wenn der Bereich unter der Oberfläche, auf die die Metallisierung abgeschieden wird, amorphisiert ist, da dieses Amorphisieren das Eindringen von Aluminium erleichtert. Anstelle von dickem Aluminium wird eine Schicht aus einem schwer schmelzenden Metall oder eine dünne Aluminiumschicht mit einer Dicke zwischen vorzugsweise 1 und 5 nm aufgetragen, und anschließend wird sodann die Schicht aus dem schwer schmelzenden Metall oder die dünne Aluminiumschicht mit dem üblichen Mehrschichtmetallisierungssystem verstärkt. Eine dünne Aluminiumschicht kann zusätzlich strukturiert sein, so dass die Menge der in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eindringenden Aluminiumatome reduziert wird. Auch kann in die Aluminiumschicht noch Halbleitermaterial – insbesondere Silizium – mit bis zu 4 Gew.-% eingebaut sein.at the power semiconductor component according to the invention is thus in particular on the hitherto customary backside metallization thick aluminum dispensed to the penetration of aluminum in the Semiconductor body in particular to avoid the effect of thermomigration; especially the application of this measure is recommended, if the area under the surface, on which the metallization is deposited, is amorphized since this amorphization facilitates the penetration of aluminum. Instead of of thick aluminum becomes a layer of a hard-melting Metal or a thin one Aluminum layer with a thickness between preferably 1 and 5 nm applied, and subsequently Then, the layer of the refractory metal or the thin one Aluminum layer with the usual Reinforced multi-layer metallization. A thin aluminum layer can additionally be structured so that the amount of penetrating into the surface of the semiconductor body Aluminum atoms is reduced. Also, in the aluminum layer still semiconductor material - in particular Silicon - with be incorporated up to 4 wt .-%.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Werden
nur die Zonen
Auf
einer ersten Hauptoberfläche
In
der ersten Hauptoberfläche
Eine
zur ersten Hauptoberfläche
Ganz allgemein können bei einem Leistungshalbleiterbauelement mit n Kontakten alle n-Kontakte, n-1 Kontakte usw. und nur ein Kontakt in der erfindungsgemäßen Weise gebildet sein.All generally can in the case of a power semiconductor component with n contacts, all n contacts, n-1 contacts, etc. and only one contact in the manner according to the invention be formed.
Die
In
der linken Hälfte
ist eine dünne
Aluminiumschicht
Die
Aluminiumschicht
In
der rechten Hälfte
der
Im
Gegensatz zu der Aluminiumschicht
Die
Schicht
In
beiden Varianten der linken und der rechten Hälfte der
- 11
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 22
- n–-leitende Basiszonen - -type base zone
- 33
- p-leitende BasiszoneP-type base zone
- 44
- Emitterzoneemitter region
- 55
- FeldstoppzoneField stop zone
- 66
- Kollektorzonecollector region
- 77
- erste Hauptoberflächefirst main surface
- 88th
- Isolierschichtinsulating
- 99
- Gateelektrodegate electrode
- 1010
- erste Metallisierungfirst metallization
- 1111
- zweite Hauptoberflächesecond main surface
- 1212
- zweite Metallisierungsecond metallization
- 1313
- Schicht aus schwer schmelzendem Metalllayer made of heavy melting metal
- 1414
- Aluminiumschichtaluminum layer
- 14'14 '
- strukturierte Aluminiumschichtstructured aluminum layer
- 1515
- MehrschichtmetallisierungssystemMehrschichtmetallisierungssystem
- 1616
- Titannitridschichttitanium nitride
- 1717
- Nickelschichtnickel layer
- 1818
- Silberschichtsilver layer
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Geib, K.M., Wilson, C., Long, R. G., Wilmsen,C.W.:Reaction between SIC and W, Mo, and Ta at elevatedtemperatures. In: Journal of Applied Physics, ISSN 0021-8979, 1990, Vol.68, No. 6, S.2796-2800. Waltrop, J.R.,Grant, R. W.: Schottky barrier heigth and interface chemistry of annealed metal contacts to alpha 6H-SIC: Crystal face dependance.In: Applied Physics Letters, ISSN 0003-6951, 1993,Vol.62 No. 21, Seite 2685-2687 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11367683B2 (en) | 2018-07-03 | 2022-06-21 | Infineon Technologies Ag | Silicon carbide device and method for forming a silicon carbide device |
US11869840B2 (en) | 2018-07-03 | 2024-01-09 | Infineon Technologies Ag | Silicon carbide device and method for forming a silicon carbide device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US7304349B2 (en) | 2007-12-04 |
US20050212076A1 (en) | 2005-09-29 |
DE102004012819A1 (en) | 2005-10-20 |
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